コークス炉ガスからの水素分離・精製プロセスの開発に関する基礎研究

焦炉煤气氢气分离纯化工艺开发基础研究

• 批准号: 17760692
• 负责人: 小西 宏和
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760692/
• 关键词: 水素分離; プロトン導電性固体電解質; コークス炉ガス; 電気化学

本研究は、水素を多量に含有するコークス炉ガス(H_2-CH_4-CO)からの新規な水素・分離精製プロセスの開発を目指し、高温還元雰囲気下で使用可能なプロトン導電性固体電解質SrZr_<1-x>Y_xO_3に着目し、電気化学的手法による高温水素含有混合ガスからの水素分離・精製を目的とした。本年度は、水素分離材料であるプロトン導電性固体電解質SrZr_<1-x>Y_xO_3のプロトン導電性の検討、さらに水素分離時の電圧の測定を行い、以下の知見が得られた。(1)SPS法(1300℃,4min)で作製したSrZr_<1-x>Y_xO_3(x=0.05,0.1,0.2)の中で、SrZr_<0.9>Y_<0.1>O_3(x=0.1)が最も高い導電性を示すことがわかった。(2)SPS法(1300℃,4min)で作製したSrZr_<0.9>Y_<0.1>O_3は、通常の固相焼結(1600℃,20h)の試料よりも水素雰囲気において高い導電性を示すことがわかった。また、湿潤雰囲気における導電率は乾燥雰囲気の値よりも高いこともわかった。(3)SPSで作製したSrZr_<0.9>Y_<0.1>O_3を用いて、800℃における水素分離の電圧を測定したところ、電流10mA cm^<-2>でセル電圧は約5Vと高いことがわかった。また、その際の過電圧は1Vより低く、試料電解質の電気抵抗が高いということもわかった。今後、省エネルギー・高効率での水素分離の実現のために、試料の薄膜化により電気抵抗を低く、さらに電極触媒の最適化により過電圧を低くすることが課題である。

This study aimed at the development of new separation and purification methods for water containing multi-element mixture (H_2-CH_4-CO), and the application of possible conductive solid electrolyte SrZr_ Y_xO_3 under high temperature reduction <1-x>atmosphere. This year, the conductivity of water element separation material SrZr_<1-x>Y_xO_3 was studied, and the measurement of electric voltage during water element separation was carried out. The following observations were obtained. (1) SrZr_<1-x>Y_xO_3 (x= 0.05, 0.1, 0.2) and SrZr_<0.9>Y_<0.1>O_3(x=0.1) were prepared by SPS method (1300℃,4min). (2) SrZr_ Y_ O_3 was prepared by SPS method (1300℃,4min)<0.9><0.1>, and the samples were sintered in solid state (1600℃,20h). The conductivity of the wet and dry materials is higher than that of the dry materials. (3)SPS is controlled by SrZr_<0.9>Y_<0.1>O_3. The voltage of water element separation is measured at 800℃. The current is <-2>about 5V. The overvoltage of the sample is 1V, and the electrical resistance of the electrolyte is high. In the future, it is necessary to save production costs, improve efficiency, and realize water element separation. It is also necessary to optimize the electrode catalyst by reducing the electric resistance of the sample film.